JP2004315800A

JP2004315800A - 固化材

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Publication number: JP2004315800A
Application number: JP2004077329A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Sawaki; 大介沢木; Kenichi Honma; 健一本間; Yukiteru Ichinotsubo; 幸輝一坪; Makihiko Ichikawa; 牧彦市川
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2004-03-18
Publication date: 2004-11-11
Anticipated expiration: 2024-03-18
Also published as: JP4999259B2

Abstract

【課題】高含水土や高有機質土等の軟弱土の固化処理に適する固化材を提供する。
【解決手段】水硬率（H.M.）が1.8〜2.3、ケイ酸率（S.M.）が1.3〜2.3、鉄率（I.M.）が1.3〜2.8である焼成物の粉砕物と石膏を含有する固化材。このような構成の固化材であれば、高含水土や高有機質土等の軟弱土に使用した場合でも、高い強度を得ることができる。また、固化処理した土も耐久性に優れるものとすることができる。
上記焼成物は、産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる一種以上を原料として製造することができる。
また、上記固化材は、高炉スラグ粉末を含有することができる。

Description

本発明は、地盤改良用の固化材に関するものであり、特に、高含水土や高有機質土等の固化処理に適した固化材に関する。

従来より、土木・建設の分野では、河川、湖沼、海等の近くの汚泥等よりなる軟弱地盤を有効利用するために、それらを固化材で固化することが行われている。また、河川、湖沼、海等で行われる土木建設工事の過程で生じる建設汚泥の再汚泥化を防止するために固化材が使用されている。

この種の固化材の一例として、800〜900℃で焼成した製紙スラッジ灰を原料として50〜70質量％、高炉スラグ微粉末10質量％と、石灰もしくは生石灰を10〜20質量％、無水石膏もしくは半水石膏10〜20重量％を混合してなる土壌固化材が提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２００２−８８３６２号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の土壌固化材では、土の種類（例えば、高含水土や高有機質土等）によっては、多量に使用しても目標強度を得ることが困難な場合があった。また、固化処理した土の耐久性が低いことがあった。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、高含水土や高有機質土等の軟弱土の固化処理に適する固化材を提供することにある。

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意研究した結果、特定の水硬率、ケイ酸率および鉄率を有する焼成物から製造される水硬性組成物を使用することにより、上記課題を解決することができることを見いだし、本発明を完成させたものである。

即ち、本発明は、水硬率（H.M.）が1.8〜2.3、ケイ酸率（S.M.）が1.3〜2.3、鉄率（I.M.）が1.3〜2.8である焼成物の粉砕物と石膏を含有することを特徴とする固化材である（請求項１）。このような構成の固化材であれば、高含水土や高有機質土等の軟弱土に使用した場合でも、高い強度を得ることができる。また、固化処理した土も耐久性に優れるものとすることができる。
上記焼成物は、産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる一種以上を原料として製造した焼成物とすることができる（請求項２）。焼成物の原料として、産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる一種以上のものを使用することにより、廃棄物の有効利用を促進させることができる。
また、本発明の固化材は、高炉スラグ粉末を含有することができる（請求項３）。高炉スラグ粉末を含有することにより、高炉スラグ粉末の潜在水硬性により、固化処理した土の長期強度を増大させることができる。

本発明の固化材では、高含水土や高有機質土等の軟弱土に使用した場合でも、高い強度を得ることができる。また、固化処理した土も耐久性に優れるものとすることができる。
また、本発明の固化材では、産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる一種以上を原料として製造した焼成物を用いることができるので、廃棄物の有効利用を促進させることができる。

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明で使用する焼成物は、水硬率（H.M.）が1.8〜2.3、ケイ酸率（S.M.）が1.3〜2.3、鉄率（I.M.）が1.3〜2.8のものである。
焼成物の水硬率（H.M.）が小さくなると、該焼成物中の3CaO・SiO₂(以降、C₃Sと略す)の含有量が少なくなり、固化処理した土の初期強度発現性が低下する。また、焼成物の焼成も困難となる。一方、水硬率（H.M.）が大きくなると、固化処理した土の初期強度発現性は向上するが、長期強度の伸びが鈍くなる傾向にある。そのため、水硬率（H.M.）は1.8〜2.3が好ましい。
焼成物のケイ酸率（S.M.）が小さくなると、焼成物の焼成も困難となる。一方、ケイ酸率（S.M.）が大きくなると、固化処理した土の強度発現性が低下する。また、3CaO・Al₂O₃(以降、C₃Aと略す)と4CaO・Al₂O₃・Fe₂O₃(以降、C₄AFと略す)の含有量が少なくなり、焼成物の焼成が困難になる。そのため、ケイ酸率（S.M.）は1.3〜2.3が好ましい。
焼成物の鉄率（I.M.）が小さくなると、焼成物の粉砕性が低下する。また、固化処理した土の初期強度発現性が低下する傾向にある。一方、鉄率（I.M.）が大きくなると、焼成物中のC₃Aの含有量が多くなり、所要の固化性能を発現するために添加すべき石膏量が増加し、経済的でない。そのため、鉄率（I.M.）は1.3〜2.8が好ましい。

焼成物の原料としては、一般のポルトランドセメントクリンカー原料、すなわち石灰石、生石灰、消石灰等のCaO原料、珪石、粘土等のSiO₂原料、粘土等のAl₂O₃原料、鉄滓、鉄ケーキ等のFe₂O₃原料を使用することができる。
なお、本発明においては、焼成物の原料として、前記原料に加えて、産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる一種以上を使用することができる。焼成物の原料として、産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる一種以上のものを使用することは、廃棄物の有効利用を促進させることができ好ましいことである。ここで、産業廃棄物としては、例えば、生コンスラッジ、各種汚泥（例えば、下水汚泥、浄水汚泥、建設汚泥、製鉄汚泥等）、建設廃材、コンクリート廃材、ボーリング廃土、各種焼却灰、鋳物砂、ロックウール、廃ガラス、高炉２次灰等が挙げられる。一般廃棄物としては、例えば、下水汚泥乾粉、都市ごみ焼却灰、貝殻等が挙げられる。建設発生土としては、建設現場や工事現場等から発生する土壌や残土、さらには廃土壌等が挙げられる。

上記各原料を所定のH.M.、S.M.、I.M.となるように混合し、好ましくは1200〜1550℃で焼成することにより、焼成物が製造される。より好ましい焼成温度は1350〜1450℃である。
各原料を混合する方法は、特に限定するものではなく、慣用の装置等で行えばよい。
また、焼成に使用する装置も特に限定するものではなく、例えば、ロータリーキルン等を使用することができる。ロータリーキルンで焼成する際には、燃料代替廃棄物、例えば、廃油、廃タイヤ、廃プラスチック等を使用することができる。

本発明の固化材は、上記焼成物の粉砕物と石膏を含有するものである。固化材の製造は、上記焼成物を粉砕し石膏を添加するか、又は焼成物と石膏を同時に粉砕して製造する。石膏の種類は特に限定するものではなく、例えば、ニ水石膏、α型又はβ型半水石膏、無水石膏等を単独又は２種以上組み合わせて使用することができるが、本発明においては、固化処理した土の強度発現性や耐久性等から、無水石膏を用いることが好ましい。
本発明において、固化材中の石膏量は、固化処理した土の強度発現性や耐久性等から、上記焼成物の粉砕物100質量部に対して、SO₃換算で3〜15質量部であることが好ましく、5〜10質量部であることがより好ましい。
本発明において、固化材のブレーン比表面積は、固化処理した土の強度発現性や耐久性、さらには固化材のコスト等から、2500〜4500cm²/gであることが好ましい。

本発明の固化材は、さらに高炉スラグ粉末を含有することができる。高炉スラグ粉末を含有することにより、高炉スラグ粉末の潜在水硬性により、固化処理した土の長期強度を増大させることができる。
高炉スラグ粉末のブレーン比表面積は、固化処理した土の強度発現性や耐久性、さらには固化材のコスト等から、3000〜10000cm²/gが好ましく、4000〜9000cm²/gがより好ましい。
本発明において、高炉スラグ粉末の添加量は、固化処理した土の強度発現性や耐久性等から、焼成物の粉砕物100質量部に対して、150質量部以下であることが好ましく、20〜100質量部であることがより好ましい。

本発明の固化材においては、固化処理した土の強度発現性や耐久性の向上のために、石炭灰、石灰石粉末、珪石粉末等の混和材や、減水剤（ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤も含む）等の混和剤を使用することができる。減水剤としては、リグニン系、ナフタレンスルホン酸系、メラミン系、ポリカルボン酸系の減水剤を使用できる。

本発明の固化材の使用の態様を示す。
本発明の固化材の添加量は、対象土の性状や施工条件、固化処理した土の要求強度にもよるが、一般には、対象土1m³当り50〜300kgが好ましく、100〜250kgがより好ましい。
本発明の固化材の使用方法は、1)対象土に固化材を粉体のまま添加・混合するドライ添加と、2)水を加えてスラリーとして添加・混合するスラリー添加、が可能である。2)のスラリー添加の場合の水／固化材（質量）比は、0.5〜1.5が好ましく、0.6〜1.0がより好ましい。

以下、実施例により本発明を説明する。
１．焼成物の製造
原料として、下水汚泥、建設発生土と、石灰石等の一般のポルトランドセメントクリンカー原料を使用して、表１に示す水硬率（H.M.）、ケイ酸率（S.M.）および鉄率（I.M.）となるように原料を調合した。調合原料を小型ロータリーキルンで1400〜1450℃で焼成して、焼成物を製造した。この際、燃料として一般的な重油のほかに、廃油や廃プラスチックを使用した。使用した下水汚泥、建設発生土の化学組成（質量％）は、表２に示すとおりである。
なお、各焼成物中のフリーライム量は0.6〜1.0質量％であった。

２．固化材の製造
表１の各焼成物をバッチ式ボールミルでブレーン比表面積が3250±50cm²/gとなるように粉砕した。該粉砕物100質量部に対して、無水石膏（ブレーン比表面積5800cm²/g）をSO₃換算で7.0質量部となるように添加し、固化材を調製した。

３．試験方法および評価
(1)一軸圧縮強さ試験
「JGS 0821(安定処理土の締固めをしない供試体作製方法)」に準拠して作製した供試体を、「JIS A 1216(土の一軸圧縮試験方法）」に準じて、圧縮強度（７日および28日）を測定した。
その結果を表３に示す。
なお、本試験に使用した対象土は、含水率30％の砂質土、含水率75％の粘性土および含水率175％の関東ロームであり、固化材の添加量は、砂質土に対しては1m³当り60kg、粘性土に対しては1m³当り100kg、関東ロームに対しては1m³当り250kgとした。

表３より、本発明の固化材（実施例１〜３）を使用した場合では、固化処理した土の強度発現性が良好であり、実用的な値を越えていることが分かる。

４．固化材の製造
表１の焼成物(No.1〜3)をバッチ式ボールミルでブレーン比表面積が3250±50cm²/gに粉砕した。該粉砕物100質量部に対して、無水石膏（ブレーン比表面積5800cm²/g）をSO₃換算で7.0質量部、高炉スラグ粉末（ブレーン比表面積4500cm²/g）70質量部を添加し、固化材を調製した。

５．一軸圧縮強さ試験
上記４．の固化材を使用して、実施例１と同様の方法で、含水率400％のヘドロの圧縮強度（７日および28日）を測定した。固化材の添加量は、ヘドロ1m³当り200kgとした。
その結果を表４に示す。

表４より、高炉スラグ粉末を含む本発明の固化材を使用した場合でも、固化処理した土の強度発現性が良好であり、実用的な値を越えていることが分かる。

Claims

水硬率（H.M.）が1.8〜2.3、ケイ酸率（S.M.）が1.3〜2.3、鉄率（I.M.）が1.3〜2.8である焼成物の粉砕物と石膏を含有することを特徴とする固化材。
焼成物が、産業廃棄物、一般廃棄物及び建設発生土から選ばれる一種以上を原料として製造した焼成物である請求項１記載の固化材。
高炉スラグ粉末を含有する請求項１又は２記載の固化材。